什么是上下文无关语法
从名字可以看出，既然上下文无关语法(Context Free Grammar, 以下简称 CFG)被称为“语法”，说明它就是一套规则，是用来规定语句是如何生成的。
就像英语语法一样，比如英语语法规定了一个英语句子的构成方式可以是“名词+动词+名词”这种形式，那么根据英语语法：
I drink milk是一个符合语法的句子Tom drinks cat看起来也是一个符合语法的句子
但其实后者并不是正确的英语句子，为什么呢？因为英语语法并不是 CFG，英语是依赖上下文的，一个句子是否正确不仅要看它的语法构成是否正确，还要从上下文来看它是否能被正确理解，Tom drinks cat 很明显不是一个可以被正常理解的句子，所以，虽然它符合“动词+动词+名词”结构，但它并不是一个正确的英语句子。
而 CFG 不同于英语语法，它完全不考虑上下文，只要一个句子符合语法规则，那它就是一个有效的句子。假如在一个平行世界中，英语语法是一种 CFG 的话，那 Tom drinks cat 也是一个正确的句子了。
虽然 CFG 不能用来描述自然语言(因为自然语言一般都需要考虑上下文)，但我们还是可以用 CFG 来描述自然语言的语法和句子结构的，或许，我们可以把英语语法想象成 CFG + 上下文，在不考虑上下文的情况下(也就是不管语句是否意思通顺，只要语句结构符合语法规定它就是正确的)，我们完全可以使用 CFG 来描述英语语法。
CFG 的组成
首先来熟悉一下几个相关词汇：
Terminals(终结符): 是构成最终语句的成分，比如在英语中，句子由单词组成，所以终结符就是一个个单词。
Non Terminals(非终结符)：也被称为变量，可以认为非终结符是终结符或其他非终结符的占位符。
Start Symbol(开始变量)：也是一个非终结符，由于是语法规则的开始，所以也被称为开始变量。
Production Rules(规则/产生式)：语法规则，用来描述一个句子是怎样产生的。
来一个英语栗子
定义语法规则
让我们试着用 CFG 来定义一个英语句子的语法：
Sentence --> NounPhrase VerbPhrase
上式表示：我们定义了一个规则来规定一个 Sentence 应该长什么样，根据这个规则，要生成 Sentence，我们需要把 NounPhrase 和 VerbPhrase 合在一起。
解析：Sentence --> NounPhrase VerbPhrase 是一个产生式，其中 Sentence, NounPhrase, VerbPhrase 是变量，它们都是 CFG 中的非终结符，其中 Sentence 是开始变量。
上面的产生式描述了一个句子的结构，但根据这个语法还不能生成句子，因为我们只知道 Sentence 由 NounPhrase 和 VerbPhrase 组成，那 NounPhrase 和 VerbPhrase 又是什么呢？我们需要继续定义它们。
上面两个产生式定义了生成 NounPhrase 的两种方法，Adj + Noun，或者 Adj + NounPhrase，这两条规则还可以合写成一条：
NounPhrase --> Adj Noun | Adj NounPhrase。
而 VerbPhrase 的生成规则可以定义为：
VerbPhrase --> Verb NounPhrase
注意：到这一步我们得到的仍然都是非终结符，上述产生式中的 Adj, Noun, Verb 也都是变量，我们还需要继续定义它们。
终于，出现了组成句子的真正成分：单词。因为单词可以用来组成句子，所以不需要继续定义，语法定义的工作到这里就结束了。在 CFG 中，这些不需要再展开定义的成分被称为终结符(Terminals)，终结符就是构成最终句子的成分。
现在我们完整的语法规则是这样的：
根据语法规则创造句子
现在让我们根据这些语法来生成一个句子：
要生成 Sentence，需要 NounPhrase + VerbPhrase
要生成 NounPhrase，需要 Adj + Noun 或者 Adj + NounPhrase，这里我们选择 Adj + Noun
要生成 Adj，我们可以使用 pink 或者 Pretty 这个单词，这里我们选择 Pretty
要生成 Noun，我们可以使用 girls 或者 skirt，这里我们选择 girls
要生成 VerbPhrase，需要 Verb + NounPhrase
要生成 Verb，我们可以使用 like 这个单词
要生成 NounPhrase，需要 Adj + Noun 或者 Adj + NounPhrase，这里我们选择 Adj + Noun
要生成 Adj，我们可以使用 pink 或者 Pretty 这个单词，这里我们选择 pink
要生成 Noun，我们可以使用 girls 或者 skirt，这里我们选择 skirts
P.S. 上述步骤中所有选择都是随机的。
这些步骤用句子描述太繁琐了，我们还是来看一张图吧，基本上，这就是一个递归操作，用树结构来表示，就清晰多了。
把树的所有叶子节点，也就是所有终结符连起来，我们就生成了一个句子 Pretty girls like pink skirts (BTW, it seems to rhyme!)。这个树一般叫做解析树(Parse Tree)，我们还可以创建另一棵树来生成另一个句子，步骤是一样的，只是其中的选择不同，不同的选择会生成不同的结果，比如 Pretty skirts like pink girls。
JavaScript 栗子
英语语法并不是真正的 CFG，因为英语必须依赖上下文，CFG 一般用来描述编程语言，比如 JS，实际上，ECMAScript 规范就是使用 CFG 来定义 JavaScript 这门语言的。
我们来看一个简单的 JS 语法生成式，下面是 ECMAScript 规范对 NumericLiteral 的定义，如果我们要生成一个 NumericLiteral，我们就得遵循这个语法规则。
转换成上文用到的语法的话，规则写成这样：
NumericLiteral --> DecimalLiteral | DecimalBigIntegerLiteral | NonDecimalIntegerLiteral | NonDecimalIntegerLiteral BigIntLiteralSuffix
ECMAScript 规范用到的语法稍有不同，不过本质上是一样的。
首先规范定义了 NumericLiteral 可以有 4 种生成方式。我们可以选择一种，这里就选第一种吧，然后我们发现了 DecimalLiteral 也是一个非终结符，我们得接着找对它的定义。
规范中定义了 NumericLiteral 可以有 3 种生成方式，我们选择一种 DecimalIntegerLiteral . DecimalDigits(opt) ExponentPart(opt)，因为后面的部分都是可选的(opt)，我们就简单点，只考虑第一部分 DecimalIntegerLiteral 吧，接着去找 DecimalIntegerLiteral 的定义：
规范中定义了 DecimalIntegerLiteral 可以有 2 种生成方式，如果我们选第一种 0，因为 0 是一个终结符，我们的生成过程就到此结束了，我们生成了一个 NumericLiteral，就是 0，用树结构来表示生成过程的话就是下图。
Last updated
Was this helpful?
